1、1,1.1 數(shù)控機床的基本概念,第一章 概 論,是指采用數(shù)字控制技術對機床的加工過程進行自動控制的機床，是一種典型的光機電一體化加工設備。,是指采用數(shù)控技術的控制系統(tǒng)，能自動閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字值和指令，并對其進行編譯處理，以達到自動地控制機床移動和加工零件的目的。,1. 數(shù)控機床,2. 數(shù)控系統(tǒng),一、定義,2,主要采用電路的硬件和連線組成的數(shù)控系統(tǒng)稱為硬件數(shù)控，簡稱NC。 主要采用計算機的硬件和軟件組成，更加注重計算機軟件控制功能的數(shù)控系統(tǒng)稱為計算機數(shù)控，簡稱CNC。,3. 數(shù)控（NC）與計算機數(shù)控（CNC）,三、數(shù)控裝置的主要技術指標,1控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)； 2脈沖當量（控制分辨率

2、）； 3定位精度和重復精度； 4行程； 5主軸轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)范圍；,3,6進給速度和調(diào)節(jié)范圍； 7準備功能（G功能）； 8輔助功能（M功能）； 9. 自動加減速功能； 10.開關量接口。,1.2 數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展,第一代數(shù)控機床：1952年由美國帕森茲公司和麻省理工學院合作研制成功，使用電子管元件。中國58年生產(chǎn)。,第二代數(shù)控機床： 1959年，以美國耐克杜列克公司為代表，生產(chǎn)出了使用晶體管元件的數(shù)控機床。中國64年生產(chǎn)。,4,第三代數(shù)控機床： 1965年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路。由于它體積小、功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進一步提高。中國72年生產(chǎn)。,第四代數(shù)控機床： 1970年，在美國芝加哥

3、國際機床展覽會上，首次展出了一臺以通用小型計算機作為數(shù)控裝置的數(shù)控系統(tǒng)。中國78年生產(chǎn)。,第五代數(shù)控機床： 1974年開始出現(xiàn)的以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)。中國81年生產(chǎn)。,第六代數(shù)控機床： 1990年生產(chǎn)出了基于工控PC機的通用CNC系統(tǒng)。中國92年生產(chǎn)。,5,中檔普及型數(shù)控機床的功能、性能和可靠性方面已具有較強的市場競爭力。但在中、高檔數(shù)控機床方面，與國外一些先進產(chǎn)品相比，仍存在較大差距。以40號刀柄的中型加工中心為例說明：,二、我國數(shù)控機床的狀況,表1 中型加工中心主要技術指標對比表,6,近年中國數(shù)控機床的產(chǎn)業(yè)化步伐正在以驚人的速度向前邁進！2003年全國數(shù)控機床產(chǎn)量達到36813臺，銷

4、售產(chǎn)值37.9億美元，同比增長47.73。 2003年中國機床市場消費額75.4億美元)，為位居第2的德國市場消費額的1.72倍，預計今年將超過90億美元，打破美國人創(chuàng)造的世界記錄。并且在20年之內(nèi)將保持遙遙領先于世界機床市場的位置。其結果：我國將成為世界機床生產(chǎn)、銷售中心，世界機床制造商加速向中國轉(zhuǎn)移。2010年左右有可能超過日本、德國，世界第一。,7,1.3 數(shù)控機床的組成和工作原理,一、組成,8,1. 加工程序,數(shù)控程序是把加工零件的所有運動、尺寸、工藝參數(shù)和輔助運動等加工信息，按規(guī)定的方法、格式和代碼，所編制的程序。,2. 輸入裝置,其作用是將控制介質(zhì)上的有關加工信息傳遞并存入控制系統(tǒng)

5、內(nèi)。 輸入方式有鍵盤輸入(MDI方式)和用計算機通信傳輸兩種。,3. 數(shù)控系統(tǒng),它是數(shù)控機床的核心，其功能是接受輸入裝置送來的脈沖信號，經(jīng)過編譯、運算和邏輯處理后，輸出指令控制機床的各個部分進行規(guī)定的動作。,9,4. 伺服系統(tǒng),6. 輔助控制裝置,它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。它接受數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大后，嚴格按指令信息要求驅(qū)動機床的運動部件，完成指令規(guī)定的運動。 伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路和伺服驅(qū)動裝置組成。,其作用是接受數(shù)控裝置輸出的主運動換向、變速、啟停、刀具選擇和交換等的指令信息，并發(fā)出控制輔助裝置的指令。常用PLC作輔助控制裝置。,5. 測量反饋裝置,其作用是檢測數(shù)控機床各坐標軸的位

6、移值并反饋到數(shù)控裝置中，以便進行比較和糾正誤差。,10,7. 機床,由主傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺和輔助裝置組成。,二、工作原理,11,1.4 數(shù)控機床的分類,一、按控制系統(tǒng)的特點分類 1. 點位控制數(shù)控機床 其特點是在刀具相對工件的移動過程中，不進行切削加工，對定位過程中的運動軌跡沒有嚴格要求，只要求實現(xiàn)從一坐標點到另一坐標點的精確定位。 點位控制數(shù)控機床主要有：數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床等。,圖1-3 點位控制數(shù)控機床的加工原理圖,12,某些數(shù)控機床不僅要求具有準確定位的功能，而且要求從一點到另一點之間按直線移動進行切削加工，并能控制位移的速度。 直線控制數(shù)控機床主要有：簡

7、易數(shù)控銑床、數(shù)控車床等。一般情況下這些數(shù)控機床有兩到三個可控軸，但同時控制軸數(shù)只有一個。,2. 直線控制數(shù)控機床,圖1-4 直線控制數(shù)控機床的加工原理圖,13,其特點是能同時控制兩個或兩個以上的坐標軸，可以加工曲線或曲面的機床。 該類機床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、加工中心、數(shù)控電加工機床等。,3. 輪廓控制數(shù)控機床,圖1-5 輪廓控制數(shù)控機床的加工原理圖,14,二 、按伺服系統(tǒng)分類,1. 開環(huán)伺服數(shù)控機床,這類數(shù)控機床不帶位置檢測反饋裝置。開環(huán)控制的數(shù)控機床工作比較穩(wěn)定，反應快，調(diào)試方便，維修簡單，但控制精度低，這類數(shù)控機床多為經(jīng)濟型。,15,2. 閉環(huán)控制數(shù)控機床,這類數(shù)控機床帶有

8、位置檢測反饋裝置。位置檢測裝置安裝在機床工作臺上，用以檢測機床工作臺的實際運行位置，并與CNC裝置的指令位置進行比較，用差值進行控制。,16,閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是：精度高、速度快、技術上要求高，成本較高。閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)試和維修比較復雜，其關鍵是系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)調(diào)試不好容易產(chǎn)生振蕩，所以在設計時必須對穩(wěn)定性給予足夠的重視。 閉環(huán)控制系統(tǒng)主要應用于一些精度要求較高的數(shù)控車床、鏜銑床和加工中心等。,17,3. 半閉環(huán)控制數(shù)控機床,半閉環(huán)控制系統(tǒng)是將檢測元件安裝在電機或絲杠端部，檢測角位移，其控制框圖如下圖所示。,18,由于閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及工作臺，所以可以獲得比較穩(wěn)定的控制特性。其控

9、制精度雖不如閉環(huán)控制系統(tǒng)，但調(diào)試比較方便，因此它廣泛應用于中小型的CNC機床。,三、按照CNC裝置的功能水平分類,按照數(shù)控機床的功能水平對數(shù)控機床進行分類，一般可以把數(shù)控機床分為高、中、低檔三類 。 1. 分辨率和進給速度 分辨率為10m ，進給速度在815m/min為低檔；分辨率為1m,進給速度在1524m/min為中檔；分辨率為0.1m，進給速度在15100m/min為高檔。,19,2. 伺服進給類型 采用開環(huán)、步進電機進給系統(tǒng)為低檔；中高檔則采用半閉環(huán)或閉環(huán)的直流伺服系統(tǒng)或交流伺服系統(tǒng)。,3. 聯(lián)動軸數(shù)值 低檔數(shù)控機床最多聯(lián)動軸數(shù)為23軸，而中、高檔則為35軸以上。 4. 通信功能 低檔數(shù)控機床一般無通信功能。中檔可以有RS-232或DNC（direct numerical control )接口。高檔的還可以有MAP（ manufacturing automation protocol ）通信接口，具有聯(lián)網(wǎng)功能。,20,5. 顯示功能 低檔的數(shù)控機床一般只有簡單的數(shù)碼管顯示或簡單的CRT字符顯示。而中檔數(shù)控機床則具有較齊全的CRT顯示，不僅有字符顯示，而且有圖形顯示，人機對話功能，自診斷等功能。高檔數(shù)控機床還有三維圖形顯示。,6. 內(nèi)置PLC 低檔數(shù)控機床一般無內(nèi)置